芯東西（公眾號：aichip001）
作者 |? 程茜
編輯 |? 漠影
疫(yi)情(qing)肆虐下(xia)，居(ju)家隔(ge)離、集中隔(ge)離對智(zhi)能(neng)防疫(yi)設備的需(xu)求也(ye)逐漸(jian)增多，搭載(zai)NB-IoT的智(zhi)能(neng)門磁(ci)替代了紙(zhi)質封條，社區人員通過手機(ji)就能(neng)對隔(ge)離人群進(jin)行(xing)“云監督(du)”，以NB-IoT智(zhi)能(neng)門磁(ci)為主的智(zhi)能(neng)防疫(yi)設備需(xu)求迎(ying)來了爆發式增長。
▲長沙(sha)電信裝維工程(cheng)師(shi)為(wei)隔離(li)人員安(an)裝智能門磁(ci)（圖片來源為(wei)：長沙(sha)晚報）
早在2018年前后，作為5G商用(yong)領(ling)域中不可或缺的一環，NB-IoT芯片(pian)在智能表計中的應(ying)用(yong)就已逐漸進入爆發階段，中國移動、聯通、電信三(san)大運營(ying)商都(dou)圍繞NB-IoT構建了網絡(luo)。芯片(pian)廠商、硬(ying)件制(zhi)造廠商等玩家蜂擁(yong)而至，NB-IoT芯片(pian)市(shi)場迎來爆發。
近(jin)日，中國移動(dong)旗下中移物聯網有限公司啟動(dong)了NB-IoT芯(xin)片(pian)XY1100采購項目。該項目共集采1500萬(wan)片(pian)NB-IoT芯(xin)片(pian)，供(gong)應商為芯(xin)翼信息科技。
▲芯翼信(xin)息科技獲得中移物聯采購(gou)項目(mu)公(gong)告
芯翼信(xin)息科(ke)技成立(li)于2017年(nian)(nian)3月，僅5年(nian)(nian)時(shi)間就在海思(si)、紫光展銳、聯發科(ke)等頭部玩(wan)家(jia)布局的NB-IoT芯片領域嶄露頭角。截至(zhi)目前，芯翼信(xin)息科(ke)技的XY1100芯片出(chu)貨量已達2500多萬片。
芯東西與芯翼信(xin)息科技副總裁李劍、芯翼信(xin)息科技高(gao)級市(shi)場總監祁衛、行業知名NB-IoT產品專家進行了(le)深入交流，剖析NB-IoT芯片的市(shi)場應(ying)用前景。
一、累計出貨量超2500萬片，打造“全國產”供應鏈
當前，蜂窩(wo)通信(xin)市場(chang)正面臨2G退網(wang)(wang)、5G布(bu)局的(de)(de)(de)關鍵期(qi)。從2014年起，國際電信(xin)聯(lian)盟(meng)（ITU）就開始推動5G技(ji)術(shu)標(biao)準的(de)(de)(de)實施(shi)，NB-IoT技(ji)術(shu)作為物聯(lian)網(wang)(wang)領(ling)域基于(yu)蜂窩(wo)的(de)(de)(de)窄帶物聯(lian)網(wang)(wang)的(de)(de)(de)新興技(ji)術(shu)，于(yu)2020年7月被正式納入(ru)全球5G標(biao)準，開啟(qi)了(le)5G商用落地之路(lu)。
此前，物(wu)聯網應用(yong)場景(jing)連接技術(shu)大多采(cai)用(yong)2G，隨著2G退網趨(qu)勢加速，5G NB-IoT技術(shu)的特(te)性(xing)也(ye)決定(ding)了其能承(cheng)接許多應用(yong)場景(jing)。
5G NB-IoT在技術上(shang)有(you)如下特點(dian)：
（1）大連接：單個(ge)扇區(qu)內能(neng)夠(gou)支(zhi)持多達(da)10萬個(ge)左(zuo)右(you)的終端連接；
（2）廣覆蓋：單個基站能覆蓋幾公里的范圍；
（3）穿透能力強：在相同頻段下NB-IoT與傳(chuan)統物聯網技術(shu)（如(ru)2G）相比(bi)高20dB的增益；
（4）低功耗：理(li)論與(yu)實驗表明搭載有NB-IoT技術的(de)終端(duan)設(she)備最(zui)長可實現的(de)待機(ji)時間長達10年之久；
（5）設備成本低：NB-IoT模塊設備體積小(xiao)且覆蓋簡單，使得其預期單個模塊的成本不(bu)超過5美元(yuan)，經過近(jin)幾年(nian)的產業發展和競(jing)爭，現在NB-IoT模塊的價格普遍低(di)于3美元(yuan)。
而知名市場(chang)調(diao)研機構Counterpoint的數據(ju)也(ye)顯示，2021年第四季度蜂窩(wo)物聯網(wang)應用(yong)場(chang)景中(zhong)(zhong)，智(zhi)能表(biao)計占比最高，這其(qi)中(zhong)(zhong)大部分都是基于(yu)5G NB-IoT實現的，其(qi)次(ci)是金融支付(fu)類(lei)以及數據(ju)類(lei)產(chan)品(pin)。
▲2021年第四季度蜂(feng)窩物聯網應用場景（數據來源為：Counterpoint）
此(ci)前，NB-IoT芯片的(de)主要場景(jing)(jing)落地在智慧(hui)城市的(de)相關應用上(shang)，如智能(neng)表計、智能(neng)消防、智能(neng)路燈等，在疫情的(de)特殊(shu)背景(jing)(jing)下(xia)進一步放(fang)大了其應用場景(jing)(jing)。
早(zao)在(zai)2020年初(chu)，也就是疫情(qing)暴發初(chu)期，芯(xin)翼信息(xi)科(ke)技(ji)的一些合作伙伴在(zai)深(shen)(shen)圳(zhen)、內蒙古等地都(dou)將基于XY1100的智能門磁(ci)產品應(ying)用于疫情(qing)防(fang)控當中。李劍對此深(shen)(shen)有感(gan)觸(chu)，他(ta)談(tan)道，芯(xin)翼信息(xi)科(ke)技(ji)作為芯(xin)片廠商為合作伙伴做了(le)大量的優化工作。
NB-IoT產(chan)品專家也談道，NB-IoT芯片(pian)的特點主要是低(di)速(su)率、低(di)功耗、低(di)帶寬，因此在(zai)疫(yi)情防控中，比(bi)如居家或(huo)者酒店隔離，監測(ce)房(fang)門開(kai)合狀態這(zhe)樣的場景就比(bi)較(jiao)適合采(cai)用NB-IoT芯片(pian)設計產(chan)品。
“相比去年(nian)，智能門磁的需求(qiu)量呈數量級增長，今年(nian)前幾個月，總體已(yi)經達(da)到百萬級的需求(qiu)。”NB-IoT產品專家說。
回(hui)到其(qi)主要的應用場景智能(neng)(neng)表計，除(chu)了基(ji)本(ben)的測量功能(neng)(neng)外，NB-IoT還可以監(jian)測水、燃氣(qi)的泄漏，配合云(yun)端大數據，可實現預防事故(gu)、及時報警功能(neng)(neng)。
▲NB-IoT技術在(zai)智能水(shui)表中的應用（圖片來源(yuan)為Technoton Engineering）
NB-IoT產品專家告訴芯東西，目前水表(biao)的智(zhi)(zhi)能(neng)化率(lv)相對低一點，僅有30%，智(zhi)(zhi)能(neng)燃氣(qi)表(biao)的滲透率(lv)相對較(jiao)高為60%，電(dian)(dian)表(biao)由于其一定的行業特殊性，基于NB-IoT的智(zhi)(zhi)能(neng)電(dian)(dian)表(biao)更多應(ying)用(yong)于員(yuan)工宿舍、工業園區等場景(jing)中。
在(zai)(zai)我國(guo)，一(yi)(yi)方面(mian)隨著城(cheng)鎮(zhen)化進(jin)程加速(su)，智慧城(cheng)市建(jian)設快(kuai)速(su)推進(jin)中，傳統機(ji)械表(biao)的升級換代需(xu)求迫在(zai)(zai)眉睫，另(ling)一(yi)(yi)方面(mian)NB-IoT技(ji)術的發展(zhan)也(ye)跟其他技(ji)術一(yi)(yi)樣，從標準制定、技(ji)術落地、試商用再到(dao)大規模(mo)商用，經歷了較長(chang)的時間。李劍談(tan)道(dao)，運(yun)營商網絡的不斷優化，通信協議的演(yan)進(jin)也(ye)使得(de)NB-IoT在(zai)(zai)智能(neng)表(biao)計中的應用越來越普及。
▲NB-IoT技術的行業應用
作為NB-IoT技術滲透率較高(gao)的(de)智(zhi)(zhi)能表計、智(zhi)(zhi)能路燈(deng)等大多數(shu)物聯網(wang)應用(yong)，由于(yu)這類產品(pin)的(de)地(di)理位置(zhi)或成(cheng)本原因，其終端模塊可能在短時間(jian)內不會更(geng)新升級或更(geng)換電(dian)池，因此終端設(she)備的(de)功(gong)耗(hao)是其能否(fou)商(shang)用(yong)的(de)關鍵因素。
在(zai)3GPP標準中(zhong)NB-IoT終端電(dian)池壽(shou)命設計(ji)為10年，但實際使用過程中(zhong)，電(dian)池壽(shou)命也會因具體(ti)的(de)設備、功(gong)能等產生變(bian)化(hua)。因此，實現低功(gong)耗(hao)甚至超低功(gong)耗(hao)是NB-IoT芯片(pian)的(de)核心，而低功(gong)耗(hao)設計(ji)是一個系統工程，要在(zai)射(she)頻(pin)、模擬、數字基帶、軟件等所有(you)組(zu)成(cheng)部(bu)件中(zhong)實現整體(ti)優(you)化(hua)。
目前(qian)，作為國內NB-IoT芯片(pian)領域的(de)頭部企業，芯翼信(xin)息科技的(de)XY1100芯片(pian)累計出貨量已(yi)經達到(dao)(dao)2500多萬片(pian)，2022年單月出貨量達到(dao)(dao)近500萬片(pian)，并(bing)且中(zhong)移(yi)物聯搭載XY1100 NB-IoT SoC的(de)模組MN316也(ye)已(yi)實現大規(gui)模出貨。
▲芯翼信(xin)息科技XY1100 SoC及中(zhong)移物聯MN316模組(zu)
芯翼信息科(ke)技成立于2017年，相比于海思、紫光展(zhan)銳和聯發科(ke)入(ru)局較晚，但這也成為了(le)其優勢，李劍談道，在產(chan)品定義上(shang)(shang)，芯翼信息科(ke)技參(can)考了(le)前面幾代芯片(pian)產(chan)品的特點，并做了(le)歸納、總結和創新，最后(hou)體現在芯片(pian)的實現上(shang)(shang)，功耗(hao)、性能、成本上(shang)(shang)均有較大的提升：
首先，芯翼(yi)信(xin)息科技的XY1100芯片(pian)是全(quan)球首顆集成(cheng)了CMOS PA的NB-IoT SoC，搭載其(qi)的物聯網模組(zu)器件數(shu)可減少60%，模組(zu)成(cheng)本整體下降30%。同時，芯翼(yi)信(xin)息科技采用了QFN封裝，進一步降低了客戶(hu)的使(shi)用成(cheng)本。
其次，在低功(gong)耗設(she)計(ji)上，XY1100選擇(ze)了(le)中芯國際55nm的(de)成(cheng)熟制程(cheng)，因為成(cheng)熟工藝的(de)PDK（工藝設(she)計(ji)套件）功(gong)耗模(mo)型準確程(cheng)度高，更(geng)有利于研(yan)發低功(gong)耗甚至(zhi)是超低功(gong)耗產品，再加上芯翼信息(xi)科技自身領先(xian)的(de)模(mo)擬/射頻設(she)計(ji)能(neng)力，最終(zhong)XY1100實(shi)(shi)現(xian)了(le)在深度睡(shui)眠狀(zhuang)態(tai)電流(liu)1μA，接收機狀(zhuang)態(tai)電流(liu)約為20mA，這樣(yang)一(yi)(yi)來，使得(de)客戶可以(yi)用(yong)更(geng)小容(rong)量的(de)電池實(shi)(shi)現(xian)一(yi)(yi)樣(yang)的(de)使用(yong)壽命(ming)，同樣(yang)大大降低了(le)客戶的(de)使用(yong)成(cheng)本。
再次(ci)，在Modem（調制解調器）的(de)實現上，祁衛稱(cheng)，XY1100芯片采用了軟件SDR架構，可以(yi)靈活支(zhi)持(chi)、優(you)化物理層接收(shou)機算法，同時支(zhi)持(chi)NB-IoT以(yi)及其他非(fei)標自定(ding)義協議，能夠滿足(zu)標準升(sheng)級(ji)以(yi)及碎片化的(de)物聯(lian)網專(zhuan)網通訊需(xu)求。
然(ran)后，與其他(ta)同類產(chan)品不同的(de)是，XY1100芯片采用(yong)基于Open CPU的(de)雙核架構。在NB-IoT芯片中(zhong)，通(tong)(tong)信(xin)對(dui)時序的(de)要求較高(gao)，因此(ci)，CPU在處理一個通(tong)(tong)信(xin)任(ren)務時，必須將其發(fa)射或(huo)接收完成，才能(neng)處理下一個任(ren)務，如果此(ci)時有應用(yong)邏輯干擾(rao)CPU運行，通(tong)(tong)信(xin)就會出現(xian)問題。
祁衛解釋道，雙核架構(gou)的(de)好(hao)處在于(yu)，一個CPU可以處理(li)通信任務，另一個就可以跑客戶的(de)應用代碼，能(neng)夠將應用和通信部分物理(li)隔絕開，避免(mian)出(chu)現應用影響通訊的(de)情況。
但(dan)更有意思的是，2020以(yi)來(lai)持續的“缺(que)(que)芯潮(chao)”，特別是MCU的缺(que)(que)貨(huo)導(dao)致其價(jia)格大(da)幅(fu)上漲，讓很多終端客戶(hu)把注(zhu)意力放(fang)到(dao)了(le)原來(lai)不那(nei)么(me)讓人(ren)關注(zhu)的NB-IoT SoC中Open CPU，李劍談道，這些客戶(hu)發(fa)現(xian)使用Open CPU可以(yi)省掉既買不到(dao)也買不起的MCU，并且幫助他們在(zai)缺(que)(que)芯的大(da)環境下順利交付產品，能大(da)大(da)降低(di)終端的成本。
最(zui)后，在芯(xin)片(pian)供應短缺、國(guo)(guo)際關系(xi)變化的背景下，芯(xin)翼信息科(ke)(ke)技(ji)產能豐富，新(xin)一代芯(xin)片(pian)系(xi)列也即(ji)將實現量產。李(li)劍談道(dao)，芯(xin)翼信息科(ke)(ke)技(ji)的上(shang)游晶圓廠(chang)、封測廠(chang)都是國(guo)(guo)產供應商，所以供應鏈危機、國(guo)(guo)際環(huan)境的變化并沒有對他們造成太大影響。
值得一提的是(shi)，為了(le)(le)保證大(da)規模出貨后芯片的質量(liang)，芯翼信息科(ke)技(ji)還成立了(le)(le)專(zhuan)(zhuan)門的專(zhuan)(zhuan)業質量(liang)管控團隊。
綜上，功(gong)耗/性能(neng)領先、成本控制(zhi)好、產品成熟(shu)、產能(neng)保障正是芯翼信息科技(ji)在NB-IoT芯片領域處(chu)于領先地位的(de)殺(sha)手锏(jian)。
二、資產管理、定位追蹤、安防管控等新興場景前景可觀
相比于(yu)國外(wai)，國內NB-IoT技術的(de)應用范(fan)圍更加廣闊，Counterpoint的(de)數據顯(xian)示，2021年(nian)第四(si)季度(du)全球(qiu)蜂(feng)窩物聯網芯片中(zhong)國出貨量占全球(qiu)市(shi)場的(de)近60%。
2021年底，中國(guo)(guo)信息通信研究院副院長胡(hu)堅(jian)波在2021江(jiang)西國(guo)(guo)際(ji)移動(dong)物聯(lian)網(wang)博覽會上說，目前NB-IoT已在水表、燃氣表、消防(fang)(fang)煙感和電動(dong)自行車防(fang)(fang)盜4個行業實(shi)現千萬(wan)(wan)級(ji)規(gui)模連接，智能井蓋(gai)、智能門鎖、追蹤定位(wei)和智慧路燈等(deng)十余個行業實(shi)現超過百萬(wan)(wan)級(ji)連接，未來(lai)還將更多地應用到工(gong)業互聯(lian)網(wang)、車聯(lian)網(wang)、遠程醫(yi)療等(deng)領域(yu)。
擁(yong)有龐大設備(bei)連接技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)國(guo)內(nei)市(shi)場，隨(sui)著(zhu)NB-IoT技(ji)術(shu)(shu)逐漸步(bu)入成熟(shu)階(jie)段，其市(shi)場轉化(hua)率(lv)也有望(wang)迎來較(jiao)大增(zeng)長。李劍也提到，智能(neng)(neng)(neng)表計雖然是NB-IoT芯片目前的(de)(de)主(zhu)要落地(di)應用，但(dan)事(shi)實上，智能(neng)(neng)(neng)燃(ran)氣表中還(huan)包括大量的(de)(de)IC智能(neng)(neng)(neng)卡的(de)(de)產品，并沒有全部應用NB-IoT技(ji)術(shu)(shu)。
因此(ci)，隨(sui)著城(cheng)鎮化推進(jin)，運(yun)營(ying)商網絡的(de)完(wan)善，5G NB-IoT在智能(neng)表計的(de)覆蓋(gai)率(lv)將會進(jin)一步(bu)提升。不僅(jin)如此(ci)，很(hen)多如追蹤器、資產管理等新(xin)興應(ying)用也會有較大(da)前景。
NB-IoT產品專家(jia)補充(chong)道，如果(guo)NB-IoT網絡覆蓋進一步(bu)提升，將(jiang)會有更(geng)多的應用場景出現。此外，他還提到，從整體上看，在金融(rong)風控、追蹤(zong)器等領域NB-IoT的落地形態也更(geng)加(jia)多樣。
▲資產追蹤應用案例（搭載(zai)XY1100 NB-IoT SoC）
在XY1100作(zuo)為(wei)NB-IoT SoC大規模商用并進入各行各業后，芯(xin)翼(yi)信(xin)息科(ke)技(ji)開(kai)始(shi)挖掘細分賽道，其專(zhuan)為(wei)智能表(biao)計行業設計的專(zhuan)用SoC XY2100系列芯(xin)片已經研發成功，將于今年量產。
李(li)劍還(huan)談(tan)道，芯翼(yi)信(xin)(xin)息科(ke)技是(shi)一家(jia)物聯(lian)網智(zhi)能(neng)終端系統SoC公司，通信(xin)(xin)只是(shi)一個維度。因此，該公司還(huan)在研發(fa)專(zhuan)為資產管理和追蹤行業設計的專(zhuan)用SoC XY3100，以及Cat.1bis SoC XY4100和5G NR RedCap芯片XY5100。
作為芯(xin)片公司，在(zai)(zai)“端”這一側，芯(xin)翼(yi)(yi)信息(xi)科技(ji)(ji)關注的是五大能(neng)力：無線通(tong)訊(xun)、感知、邊緣計算(suan)、電(dian)源管理和安(an)全。祁衛說，從芯(xin)片的角度(du)來看，這些(xie)技(ji)(ji)術能(neng)力都(dou)要(yao)有(you)機地融合在(zai)(zai)芯(xin)片和相應的套片上，才能(neng)幫行業終端降低成(cheng)本、功耗(hao)，讓客戶能(neng)更(geng)友(you)好地使用這些(xie)技(ji)(ji)術，這才是芯(xin)翼(yi)(yi)信息(xi)科技(ji)(ji)真正的愿景。
結語：創新技術突破助力NB-IoT芯片廠商搶占市場
作為(wei)新基建智慧城市(shi)建設的一部(bu)分，NB-IoT技術(shu)在智能表(biao)計市(shi)場逐(zhu)步落地、發展(zhan)過程中所帶給人們的價(jia)值，遠比數百萬顆芯片或者(zhe)智能表(biao)計本(ben)身帶來的經(jing)濟效益多(duo)得多(duo)。
當然，NB-IoT芯片(pian)的應用場景決定(ding)了(le)其對(dui)成(cheng)本和功耗的極致追求。最近(jin)幾年，入局NB-IoT芯片(pian)領(ling)域(yu)的廠商越來越多(duo)，如(ru)何在這一領(ling)域(yu)搶占市場，在低(di)功耗、低(di)成(cheng)本領(ling)域(yu)的技術優勢是(shi)關鍵(jian)殺手锏。
不過，由(you)于其工(gong)業(ye)屬性，這(zhe)(zhe)一領域的(de)產(chan)品迭(die)代(dai)相對(dui)消費電子產(chan)品較(jiao)(jiao)慢，因(yin)(yin)此(ci)對(dui)產(chan)品的(de)穩(wen)(wen)定(ding)性、可靠性要求也相對(dui)較(jiao)(jiao)高(gao)，因(yin)(yin)此(ci)，如(ru)何在低功耗、低成(cheng)本的(de)前提(ti)下實現高(gao)穩(wen)(wen)定(ding)、高(gao)可靠性，并(bing)且最好還能在某個(ge)方(fang)面有(you)技術(shu)突破(po)，這(zhe)(zhe)對(dui)后來的(de)廠商提(ti)出(chu)了更高(gao)的(de)要求。
